Disease-specific comprehensive pathogenesis of male lower urinary tract dysfunction and development of innovative therapies

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22H03216
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Fukushima Medical University
• Principal Investigator: 小島 祥敬 福島県立医科大学, 医学部, 教授 (60305539)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 雄一 福島県立医科大学, 医学部, 助手 (00706848) ; 秦 淳也 福島県立医科大学, 医学部, 助教 (00769606) ; 錫谷 達夫 福島県立医科大学, 医学部, 教授 (40196895) ; 関根 英治 福島県立医科大学, 医学部, 教授 (40363759) ; 胡口 智之 福島県立医科大学, 医学部, 病院助手 (40791950) ; 赤井畑 秀則 福島県立医科大学, 医学部, 講師 (70644178) ; 星 誠二 福島県立医科大学, 医学部, 助教 (70813137) ; 松岡 香菜子 福島県立医科大学, 医学部, 助教 (70838193) ; 滝浪 瑠璃子 福島県立医科大学, 医学部, 病院助手 (80813138) ; 小林 和人 福島県立医科大学, 医学部, 教授 (90211903) ; 片岡 政雄 福島県立医科大学, 医学部, 病院助手 (90554204)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: 前立腺肥大症 / 過活動膀胱 / 低活動膀胱 / 補体 / 利尿適応

Outline of Annual Research Achievements

前立腺肥大症（BPH）や過活動膀胱（OAB）および低活動膀胱（UAB）などの下部尿路機能障害に対する治療は、そのほとんどが症状に対する対症療法であり、難治性症例に対する治療も十分確立されていない。その主たる要因は、疾患の本質的な病態が十分解明されていないことである。男性下部尿路機能障害の病態把握には、前立腺肥大という形態学的・組織学的異常と、膀胱の機能的障害を同時に考慮する必要がある。したがって、それぞれの疾患特異的な多角的・多面的病態把握が必要であり、それが革新的治療の開発につながる。そこで私たちはこれまでの研究成果を基盤として、前立腺における自己免疫応答性インフラマソーム制御機構と、膀胱における中枢性高次脳機能・末梢性神経ネットワーク調節機構に着目して、包括的な男性下部尿路機能障害の病態把握と新規治療法の開発に向けた基礎的研究を計画した。本研究は対症療法ではなく、病態に即した薬物治療の開発につながり新たな治療アルゴリズムの構築への足掛かりになりうる。
＜研究I-1＞BPHモデルラットにおける補体活性化自己抗原の同定と補体関連薬剤およびCRIPR/Casシステムを用いたFactor Bノックアウトマウスにおける増殖抑制効果
＜研究I-2＞BPHにおける微生物の探索とインフラマソーム制御機構の解明
＜研究II-1>蓄尿速度の変化に対応する排尿反射制御機構と利尿適応性の大脳責任領域における神経伝達機構の解明および遺伝子治療の可能性
＜研究II-2＞非ホルモン性動脈硬化症に伴う慢性膀胱虚血が引き起こすOAB/UAB発症メカニズムの解明と新規治療薬・診断マーカーの探索

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

＜研究I＞CRISPR/Casシステムを用いてB因子単独欠損ラットを作成した。ノックアウトラットは、同一週齢の野生型ラットに比較して、有意ではないが体重の減少が認められた。続いて、野生型ラット（対照群）、B因子ノックアウトラット（KO群）にそれぞれ、野生型胎仔ラット尿生殖洞組織を移植することで、前立腺肥大症モデルラットを作成した。その結果、KO群のBPH組織は、対照群に比して有意に前立腺重量の低下が認められた（p<0.05）。組織学的には、KO群のBPH組織で、上皮細胞に対する間質細胞の割合が有意に低下していた（p<0.05）。
＜研究II>14週齢SDラットに膀胱瘻を作成し、注入速度（蓄尿速度）の上昇により活性化する脳領域を神経活動マーカーであるc-Fosを用いて評価した。（研究２）特定したラットの脳領域を神経毒であるイボテン酸を用いて破壊し、24時間排尿記録および尿流動体検査にて利尿適応性を評価した。（研究１）注入速度の上昇に伴い、蓄尿機能に関連する背外側中脳水道周囲灰白質（DLPAG）、前頭前皮質（PFC）にてc-Fos陽性細胞数が有意に増加していた。研究２）PAGが破壊されたラットは1回排尿量低下(対照群1.8±0.2ml/回vs破壊群1.1±0.1ml/回,p=0.04)、排尿回数増加(対照群5.8±1.8回/日vs破壊群12.6±2.6回/日,p=0.03)とともに利尿適応性が障害されていた（γ=0.29）。一方、PFCが破壊されたラットでは1回排尿量低下(対照群1.5±0.2mlvs破壊群0.8±0.2ml,p<0.05)と排尿回数増加(対照群6.3±2.1回/日vs破壊群11.1±2.8回/日,p<0.05)を認めたものの、利尿適応性は保たれていた（γ=0.63）。

Strategy for Future Research Activity

＜研究I-1＞BPHモデルラットにおける補体活性化自己抗原の同定と補体関連薬剤およびCRIPR/Casシステムを用いたFactor Bノックアウトマウスにおける増殖抑制効果：BPH組織を用いて、補体経路各成分（C1q, C3, MBL, B因子, C5b-9）の発現機能解析を、RT-PCR、Western blotting、免疫組織化学染色により行う。PCNA染色、TUNEL法により細胞増殖能、細胞死の評価を行う。
＜研究I-2＞BPHにおける微生物の探索とインフラマソーム制御機構の解明：コントロール群および細菌感染したラットの前立腺組織をRNA-seqを用いた遺伝子発現解析、Gene Ontology (GO)解析を行なった結果を、詳細に検討する。
＜研究II-1>蓄尿速度の変化に対応する排尿反射制御機構と利尿適応性の大脳責任領域における神経伝達機構の解明および遺伝子治療の可能性
高頻度逆行性遺伝子導入ベクターを応用した特定神経回路の機能操作によるOAN/UABの中枢性制御機構の解明と遺伝子治療の可能性について検討する。
＜研究II-2＞非ホルモン性動脈硬化症に伴う慢性膀胱虚血が引き起こすOAB/UAB発症メカニズムの解明と新規治療薬・診断マーカーの探索:ラットモデルを用いた虚血膀胱における特異的発現遺伝子の発現機能解析と慢性虚血によるOAB/UABを鑑別する新規診断マーカーの探索

Research Products

• [Journal Article] The activated complement pathway in the fibrous process of benign prostatic hyperplasia (2023)
  • Author(s): Hata Junya、Matsuoka Kanako、Akaihata Hidenori、Meguro Satoru、Honda‐Takinami Ruriko、Onagi Akifumi、Koguchi Tomoyuki、Sato Yuichi、Kataoka Masao、Uemura Motohide、Kojima Yoshiyuki
  • Journal Title: The Prostate Volume: 84 Pages: 203～211
  • DOI: 10.1002/pros.24639
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The prevalence and predictive factors of nocturnal polyuria in Japanese patients with nocturia: a multicentral retrospective cohort study (2023)
  • Author(s): Iinuma Koji、Nishino Yoshinori、Matsuoka Kanako、Ihara Tatsuya、Makabe Shunta、Tanji Ryo、Harigane Yuki、Ishida Kenichiro、Tamaki Masayoshi、Yokoi Shigeaki、Hoshino Hiroki、Yuhara Kazuya、Yamada Toru、Kubota Yasuaki、Miwa Kousei、Kikuchi Mina、Kojima Yoshiyuki、Mitsui Takahiko、Koie Takuya
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Pages: 18128.
  • DOI: 10.1038/s41598-023-45311-z
• [Journal Article] Mechanism of Androgen-Independent Stromal Proliferation in Benign Prostatic Hyperplasia (2023)
  • Author(s): Hata Junya、Harigane Yuki、Matsuoka Kanako、Akaihata Hidenori、Yaginuma Kei、Meguro Satoru、Hoshi Seiji、Sato Yuichi、Ogawa Soichiro、Uemura Motohide、Kojima Yoshiyuki
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 24 Pages: 11634～11634
  • DOI: 10.3390/ijms241411634
• [Journal Article] Involvement of Mast-Cell-Tryptase- and Protease-Activated Receptor 2?Mediated Signaling and Urothelial Barrier Dysfunction with Reduced Uroplakin II Expression in Bladder Hyperactivity Induced by Chronic Bladder Ischemia in the Rat (2023)
  • Author(s): Akaihata Hidenori、Matsuoka Kanako、Hata Junya、Harigane Yuki、Yaginuma Kei、Endo Yu、Imai Hitomi、Matsuoka Yuta、Onagi Akifumi、Tanji Ryo、Honda-Takinami Ruriko、Hoshi Seiji、Koguchi Tomoyuki、Sato Yuichi、Kataoka Masao、Uemura Motohide、Igawa Yasuhiko、Kojima Yoshiyuki
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 24 Pages: 3982～3982
  • DOI: 10.3390/ijms24043982
• [Presentation] The microscopic structural changes of prostate reflected by the apparent diffusion coefficient value affect lower urinary tract function. (2023)
  • Author(s): Akaihata Hidenori, Kumekawa Tomoyuki, Harigane Yuki, Endo Yu, Imai Hitomi, Matsuoka Yuta, Onagi Akifumi, Matsuoka Kanako, Hata Junya, Sato Yuichi, Kataoka Masao, Manome Masahiko, Kojima Yoshiyuki.
  • Organizer: 第110回日本泌尿器科学会総会
• [Presentation] The clinical feature and significance of vesical adaptation response to diuresis in male LUTS patients. (2023)
  • Author(s): Matsuoka Kanako, Yaginuma Kei, Endo Yu, Harigane Yuki, Matsuoka Yuta, Yoshida Yuki, Imai Hitomi, Onagi Akifumi, Hoshi Seiji, Koguchi Tomoyuki, Hata Junya, Sato Yuichi, Akaihata Hidenori, Kataoka Masao, Kojima Yoshiyuki.
  • Organizer: The 2023 Annual Meeting of the American Urological Association.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The humoral immunity activation causes the bladder outlet obstruction related with prostate through the different mechanism from the prostate volume (2023)
  • Author(s): .Akaihata Hidenori, Harigane Yuki, Yaginuma Kei, Endo Yu, Yoshida Yuki, Imai Hitomi, Matsuoka Yuta, Onagi Akifumi, Matsuoka Kanako, Hoshi Seiji, Koguchi Tomoyuki, Hata Junya, Sato Yuichi, Kataoka Masao, Uemura Motohide, Kojima Yoshiyuki.
  • Organizer: The 2023 Annual Meeting of the American Urological Association.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The effect of nocturnal diuresis on bladder storage dysfunction for male LUTS patients. (2023)
  • Author(s): Matsuoka Kanako, Yaginuma Kei, Endo Yu, Harigane Yuki, Matsuoka Yuta, Yoshida Yuki, Imai Hitomi, Onagi Akifumi, Hoshi Seiji, Koguchi Tomoyuki, Hata Junya, Sato Yuichi, Akaihata Hidenori, Kataoka Masao, Kojima Yoshiyuki.
  • Organizer: The 2023 Annual Meeting of the American Urological Association.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 前立腺増殖初期段階における前立腺組織内細菌の同定と前立腺肥大症発症機序の解明. (2023)
  • Author(s): 滝浪瑠璃子, 秦淳也, 夏谷広樹, 箱﨑佑輔, 眞壁俊太, 長谷川暁久, 今井仁美, 吉田祐樹,松岡優太, 小名木彰史, 丹治亮, 松岡香菜子, 星誠二, 胡口智之, 佐藤雄一, 片岡政雄, 小川総一郎, 小島祥敬.
  • Organizer: 第30回日本排尿機能学会